如何选择最佳放大器驱动SAR模数转换器

最新更新时间:2013-11-06来源: 互联网关键字:放大器  驱动SAR  模数转换 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

在本文中,我们在驱动SAR(逐次逼近寄存器)ADC的情况下将考虑一下这些问题。

  SAR ADC在模数转换器世界中被广为使用。一般而言,这类ADC介于高分辨率、低速Δ-Σ(增量累加)ADC和高速、较低分辨率的流水线型ADC之间。凭借其无延迟特性,在很多应用中,SAR ADC常常是比Δ-Σ ADC和流水线ADC更好的选择,这些应用包括:具有多路复用信号的应用,在任意空闲周期之后需要实现准确首次转换的应用(如自动化测试设备),以及ADC位于需要快速反馈的环路内的应用。

  在大多数情况下,传感器的输出都不能直接连接到SAR ADC的输入。需要一个放大器来获得最佳的SNR(信噪比)和失真性能。SAR ADC将输入采样至内部电容器上,并以逐次二进制加权序列对输入电压与基准电压进行比较。当连接至采样电容器的开关打开时,由于采样电容器与输入节点的电压不匹配,电荷被注入输入节点。在放大器和ADC之间放置了一个简单的单极RC滤波器。除了能够滤除高频噪声和混叠分量,它还能够帮助吸收这种注入电荷。在为这种滤波器选择截止频率时,必须谨慎小心。截止频率应该设定在足够低的频率上,这样才能有效吸收注入电荷并滤除噪声,但是频率又要设定得足够高,以使放大器能够在数据转换器的采样时间内达到稳定。因为单独使用这种滤波器不足以抑制噪声,所以在放大器输入端,一般还包括一个截止频率更低的滤波器(参见图1)。

  

LTC2379 18位1.8Msps差分输入SAR ADC

 

  图1:LTC2379 18位1.8Msps差分输入SAR ADC。

  驱动差分输入SAR ADC

  很多性能最高的SAR ADC都采用差分输入,以最大限度地扩大低电源电压的动态范围。图1所示的LTC2379-18就是这样一个例子,该器件以2.5V的电源和高达5V的参考电压工作,以达到10V的峰-峰值差分输入范围。如果输入信号已是差分信号,那么,仅采用一个低噪声、快速稳定的双通道运算放大器(例如LT6203)也许就能完全满足缓冲信号并驱动ADC的需求。将这类放大器配置为单位增益缓冲器,可以为输入信号提供高阻抗的输入端。

  不过,在很多情况下,输入都采用单端类型,并且必须将其转换成差分信号。用诸如LT6350的放大器可以很容易地完成这一任务。这类放大器由两级组成:第一级产生一个非倒相缓冲输入信号,第二级产生倒相输出。如果输入信号已经与ADC的输入范围相匹配,那么,这个放大器就可以用来为信号提供一个高阻抗的缓冲器,如图2a所示。如果信号需要被缩放和移位,以达到与ADC的输入范围相匹配,那么,就可以采用图2b所示的方法去做。在这个例子中,单端的±10V信号被转换成0~5V的差分信号(R2和R3用来为信号移位,RIN和R1用于缩放信号)。在精确的模拟电路中常被忽视的事情是,增益设定和电平移位电阻器之间需要高度匹配。若采用精度为0.1%的分立式电阻器,则会出现随着时间、温度和共模电压范围而变化的失配,失配程度之高很可能使其成为电路误差的主要来源。使用如LT5400的精确匹配电阻器将有助于减轻这个问题。

  

利用LT6350进行单端到差分转换
图2:利用LT6350进行单端到差分转换。
 
  放大器在电源电压和输出电压之间需要留有余地。为了保持最佳的精确度和线性度,输出电压一般必须比电源轨电压低出0.5V或者更多,具体情况视放大器而定。这意味着,必须给放大器提供比ADC输入范围更宽的电源电压,或者ADC必须从放大器接受一个受限的输入范围。某些ADC(如LTC2379-18)具有“数字增益压缩”功能,该功能在内部设定ADC的满刻度与地及参考电压均相差0.5V。这允许使用单一5V供电的放大器与ADC的满刻度匹配。
  驱动伪差分ADC
  将单端模拟信号转换为数字信号时,另一种方法是完全跳过差分转换,而使用新型LTC2369-18等伪差分ADC代之。但这将因为输入范围变小,而付出失去多达6dB信噪比的代价。此外,差分架构在本质上更易于消除偶次谐波。然而,坚持使用单端架构也有一些重要优点:驱动电路更加简单,可以简单到仅使用一个诸如LT6202的低噪声快速稳定的运算放大器。无需采用第二个运算放大器和多个电阻器来创建倒相输入。除了用到较少的元器件,该电路在本质上还具有更低的功耗以及噪声。因为噪声较低,抗混叠滤波器跟随在放大器之后,可以有更高的截止频率。这使得放大器能够更容易地在ADC转换时间内实现稳定,从而令其在逐次转换有可能在整个满刻度范围内发生变化的应用中成为了很好的选择,正如具有多路复用信号的情形一样。
  需要再次强调的是,必须考虑放大器的余量,即电源电压必须距离放大器的输出摆幅足够远,以对信号进行无失真驱动。在大多数情况下,这意味着必须为放大器提供负电压轨。解决这个问题的一种方法是使用LTC6360之类的产品。这种新型放大器(图3)为驱动SAR ADC而进行了优化,它具有一个超低噪声集成充电泵,用于产生自己内部的负电压轨。在仅使用单一正电源供电时,这样便可允许输出一直摆动到地,甚至比地更低一些。LTC6360提供了极好的精确度(250μV偏移电压,2.3nV/√Hz噪声),同时还可快速稳定(150ns 稳定到16位)。
  
3.gif
 
  图3:使用单电源时,LTC6360摆动到真正的0V。
  本文小结
  有几种放大器的拓扑结构可用来驱动SAR ADC。最佳的选择取决于输入信号、ADC输入架构和应用细节,例如输入信号是否为多路复用信号。此外,还需要考虑包括功耗、复杂性、性能和速度(转换速率和稳定时间)等权衡因素。
关键字:放大器  驱动SAR  模数转换 编辑:神话 引用地址:如何选择最佳放大器驱动SAR模数转换器

上一篇:LM380的2W音频功率放大器电路
下一篇:ST推出高性能模拟D类音频放大器TDA7498E

推荐阅读最新更新时间:2023-10-12 20:51

ADC模数转换+实验
ADC概述: Analog-to-Digital Converter的缩写。指模/数转换器或者模拟/数字转换器。是指将连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。 典型的模拟数字转换器将模拟信号转换为表示一定比例电压值的数字信号。 STM32F10x ADC特点: 12位逐次逼近型的模拟数字转换器。 最多带3个ADC控制器 最多支持18个通道,可最多测量16个外部和2个内部信号源。 支持单次和连续转换模式 转换结束,注入转换结束,和发生模拟看门狗事件时产生中断。 通道0到通道n的自动扫描模式 自动校准 采样间隔可以按通道编程 规则通道和注入通道均有外部触发选项 转换结果支持左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器 ADC转换
[单片机]
ADC<font color='red'>模数转换</font>+实验
IAR+STM8——ADC模数转换
今天有空来继续写学习笔记。STM8片上集成了10位逐次比较型模数转换器,在开发板上有个电位器接到了AIN3,但没有可以显示数据的LED数码管或LCD液晶显示屏,怎么办呢?通过前面的学习,这个问题不难解决,在这里可以把AD采集数据通过UART发送到电脑上显示。 #i nclude iostm8s207sb.h void CLK_init(void) { CLK_CKDIVR = 0x08; // 16M内部RC经2分频后系统时钟为8M } void GPIO_init(void) { PD_DDR = 0x08; // 配置PD端口的方向寄存器PD3输出 PD_CR1 = 0x08; /
[单片机]
RDA量产第20亿颗GSM功率放大器芯片
上海2017年3月9日电 /美通社/ -- 作为中国领先的射频及混合信号芯片供应商,锐迪科微电子(以下简称“RDA”)今日宣布累计量产20亿颗GSM功率放大器芯片,并正式推出全系列硅基CMOS工艺的GSM功率放大器RTM72xx产品。 自2007年7月份推出第一款GSM 射频功率放大器芯片(以下简称“PA”)以来,RDA凭借其产品稳定可靠的品质和卓越优良的性能,获得了客户的广泛认可。截止2017年2月份,实现累计出货20亿颗。历经近十年的市场严酷考验,RDA的GSM PA芯片已成功应用于各个平台的手机和模块中,RDA成为GSM市场最成功的本土PA公司。 此次RDA推出的RTM72xx系列CMOS PA,采用了创新的系统架构
[模拟电子]
如何实现大信号输出的硅应变计与模数转换器的接口
     电桥是精密测量电阻或其他模拟量的一种有效的方法。本文介绍了如何实现具有较大信号输出的硅应变计与模数转换器(ADC)的接口,特别是Σ-Δ ADC,当使用硅应变计时,它是一种实现压力变送器的低成本方案   硅应变计   硅应变计的优点在于高灵敏度,它通过感应由应力引发的硅材料体电阻变化来检测压力。相比于金属箔或粘贴丝式应变计,其输出通常要大一个数量级。这种 硅应变计的输出信号较大,可以与较廉价的电子器件配套使用。但是,这些小而脆器件的安装和连线非常困难,因而增加了成本,限制了它们在粘贴式应变计应用中 的使用。   不过,用MEMS工艺制作的硅压力传感器却克服了这些弊病。这种MEMS压力传感器采用了标准的半导体工艺
[嵌入式]
视频放大器/信号隔离器,视频放大器/信号隔离器
视频放大器是放大视频信号,用以增强视频的亮度、色度、同步信号。   当视频传输距离比较远时,最好采用线径较粗的视频线,同时可以在线路内增加视频放大器增强信号强度达到远距离传输目的。视频放大器可以增强视频的亮度、色度和同步信号,但线路内干扰信号也会被放大,另外,回路中不能串接太多视频放大器,否则会出现饱和现象,导致图像失真。 1.信号隔离器的作用 (1)地环流干扰 在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构,他们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、毫安级的小信号;又有几十伏,数千伏、数百安培的大信号;既有低频直流信号,也有高频脉冲信号等等,构成系统后往往发现在仪表和设备之间传输相互干扰,造成
[模拟电子]
凌力尔特推出低功率、无漏码16 位模数转换
凌力尔特公司 (Linear Technology Corporation) 推出低功率、16 位、无漏码、80Msps 模数转换器 (ADC) LTC2259-16,其功耗仅为 89mW,尚不及同类竞争 16 位解决方案的一半。LTC2259-16 为现有的 14 位低功率 LTC2259-14 ADC 系列提供了一种引脚兼容的升级,是具双倍数据速率 (DDR) CMOS/LVDS 输出的单通道 16 位 ADC 中功耗最低的一款。除了功率显著降低之外,LTC2259-16 还拥有两个旨在抑制数字反馈的有用特点,包括交替位极性 (ABP) 模式和一个数字输出随机函数发生器。这些特点与低功率相组合,简化了众多应用中采用高速
[模拟电子]
凌力尔特推出低功率、无漏码16 位<font color='red'>模数转换</font>器
运算放大器稳定性
在写 “ 保持容性负载稳定的六种方法 ” 部分时发生了一件有趣的事情。我们选择了具有“轨至轨”输出的 CMOS 运算放大器并测量了 R OUT ,但在高频区域没有环路增益,因而无法确定 R O 。根据 R O 测量结果,我们预测了在 1μF 容性负载情况下放大器“ Aol 修正曲线 图”中第二个极点的位置。令我们大吃一惊的是, Tina SPICE 仿真在“ Aol 修正”曲线图进行 x5 处理时关闭了!基于先前的第一轮分析结果,这个错误完全超出了可以接受的限度,因而我们对放大器输出阻抗进行了仔细研究。 本系列刊文的第 7 部分,即本部分将针对两种最常用于小信号放
[模拟电子]
低成本高速差动放大器AD8132
    摘要: AD8132是ADI公司推出的一种新型低成本的高速率差动放大器。它具有电阻来控制增益特性,有独特的内部反馈,并可调整输出增益,维持相位平衡。可广泛应用于差模信号的传输和长线传输信号等多场合。文中介绍了它的功能和工作原理,并给出了多种应用电路。     关键词: 电阻控制增益 差动放大器 内部共模反馈 AD8132 1 概述 AD8132是一种低成本的具有单输入或差模输入和差模输出的放大器,它可用电阻来控制增益。AD8132有其独特的内部反馈,可以调整输出增益。当AD8132工作在10MHz时,可以保持-68dB的相位平衡,还可以抑制谐波,并能有效降低电磁辐射,这一点是驱动差模输入A/D转
[半导体设计/制造]
小广播
最新模拟电子文章
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved